DEPÓSITOS E INCRUSTAÇÕES EM CALDEIRAS

Sabemos, que a presença de incrustações em caldeiras, de qualquer espessura ou composição, compromete sensivelmente a eficiência da troca térmica, provocando maior consumo de combustível e elevação do o custo da geração de vapor, além de, em condições críticas, provocar o rompimento do tubo.

Se uma caldeira apresenta qualquer tipo de depósito ou incrustação, é porque alguma coisa em relação ao tratamento da água não está funcionando como deveria e deve ser revisto.

Devemos lembrar, que o custo com combustível em utilidades representa de 60 a 80% do custo total. Reduzir o consumo de água é sempre importante e deve ser o objetivo dos projetos de melhorias da fábrica, mas o custo da água é drasticamente inferior ao custo com combustível.

Uma camada fina de incrustação nos tubos da caldeira, pode causar uma elevação do custo da produção do vapor muito maior que o custo com o tratamento da água, mas que muitas vezes esse “desperdício” não é considerado.

Nenhum projeto de melhoria no pré-tratamento será viável “economicamente” apenas reduzindo o consumo de água. è necessário avaliar o impacto sobre água, efluente, tratamento químico e principalmente, sobre combustível:

A primeira avaliação que deve ser realizada quando existe depósitos e/ou incrustação na caldeira é “conhecer” o depósito (sua composição química), suas causas, as soluções e principalmente, as ações preventivas. Esse é o objeto desse tema – CONHECER O DEPÓSITO.

Avaliando os Depósitos Presentes na Caldeira:

Análise de depósitos em laboratório é realizada geralmente, por via úmida, por absorção atômica ou por Raio X e os resultados são expressos como óxidos. Como os produtos de solubilidade dos diversos possíveis compostos variam, conseguimos calcular a composição mais provável nas condições da água de caldeiras.

Um exemplo disso, é a lama desejada de Hidroxiapatita de Cálcio, que por ser muito insolúvel, é praticamente impossível a formação de Carbonato de Cálcio na presença de PO₄. Assim, em uma análise onde é identificada a presença de carbonato e fosfato, o primeiro a precipitar será o Carbonato de Cálcio, que se forma na caldeira em períodos com ausência de residual de PO₄, ou seja, na falha no tratamento químico.

A formação e depósitos poderá ocorrer nas seções da pré-caleira; caldeira e pós-caldeira, conforme detalhado abaixo:

1- SEÇÃO PRÉ-CALDEIRA:

Geralmente, o depósito mais comum na seção pré-caldeira é o óxido de ferro, que é proveniente de:

• da água de reposição
• de corrosão na seção pré-caldeira
• de corrosão na seção pós-caldeira (vapor/condensado)

O óxido de ferro em temperaturas <100ºC é normalmente “goethita” (Fe₂O₃ . H₂O) e em temperaturas >100ºC podemos encontrar a goethita e magnetita (Fe₃O₄).

A presença de carbonato de cálcio (CaCO₃) – indica que o pH de saturação, para a temperatura da água, foi ultrapassado e geralmente, ocorre a formação de sulfato de cálcio (CaSO₄ . 2H₂O) em temperaturas <100ºC ou anidrita (CaSO₄) em temperaturas >100ºC.

As consequências de deposição na seção pré-caldeira podem ser:

• Redução da eficiência do(s) economizador(es)
• Restrição de fluxo de água com elevação de custos de bombeamento
• Formação de corrosão sob-depósitos ou até paradas não programadas pela restrição de fluxo de água
• Quando o programa de tratamento for à base de PO₄ e alimentado na linha de alimentação de água, geralmente em caldeiras de baixa e média pressão, poderá ocorrer a formação de fosfato tri cálcico ou fosfato básico de magnésio. Nesse caso, a aplicação do produto diretamente na caldeira e/ou aplicação de dispersantes poderá ser a solução.

2- CALDEIRA:

Vários fatores influenciam o tipo de depósitos no interior da caldeira, tais como:

• A Qualidade da água de reposição
• O Programa de tratamento químico
• O ciclo de concentração
• O grau de aquecimento do sistema
• As possíveis contaminações via condensado

Como já mencionamos anteriormente, depósitos no lado água atuam como uma barreira isolante provocando perda de calor e quanto maior a espessura do depósito menor será a troca térmica e maior será a temperatura no tubo e essa é uma das principais causas de rompimento de tubos.

O óxido de ferro abaixo atua como ligante de outros tipos de lama normais de tratamento, formando depósitos duros e aderentes, aumentado a capacidade isolante do depósito (ver gráficos abaixo).

Os depósitos, além da sua capacidade isolante, também contribui para as condições de ocorrências de corrosão sob-depósitos e a água da caldeira retida nesse depósito irá se evaporar e aumentando drasticamente, a concentração de sólidos, formando uma célula de corrosão por diferença de concentração. Quando soda caustica está presente, a corrosão pode ser muito mais acelerada.

3- SEÇÃO PÓS-CALDEIRA:

Considerando uma caldeira bem projetada e bem operada, a causa mais comum de deposição nesta região é via contaminação do condensado. Porém, quanto maior for a pressão maior deverá ser o cuidado com a sílica na água da caldeira, visando a minimização da deposição de sílica nas turbinas em função da solubilização. Se houver ocorrência de arraste por condições inadequadas, poderá ocorrer a deposição de outros elementos presentes na água da caldeira.

Classificação dos Depósitos:

Analisar os depósitos é importante para diagnosticar as causas da deposição e implementar as ações corretivas e preventivas da deposição. As análises são realizadas normalmente por Raio X e espectrografia mais infravermelho.

1- Incrustações – São formadas quando a solubilidade do elemento é excedida e normalmente ocorre na forma de cristais diretamente sobre a superfície metálica e geralmente compostos inorgânicos que se formam em períodos de falha de dosagem e/ou ausência de residuais de PO₄ e/ou dispersantes.  As incrustações mais comuns são: carbonatos de cálcio e sulfato de cálcio.

2- Lamas – Geralmente, são lamas “desejadas” da precipitação da dureza total que ocorre na caldeira, que são removidas através das descargas de fundo. Porém, em função da deficiência das descargas, haverá a interação da lama com óxidos metálicos ou óleo, gerando a formação de depósitos (ver item 12).  

3- Óxidos Metálicos – São produtos de corrosão e podem ser transportados de um lado para outro antes de sua deposição. As formas indesejáveis mais comuns detectadas em um depósito são óxido férrico e  óxido de cobre.        

4- Silicatos – São incrustações muito duras, aderentes e isolantes, que se formam em áreas de temperaturas mais elevadas. Os principais compostos de silicatos encontrado em caldeiras são:

• Silicato de sódio e Alumínio (analcita) – Na₂O . Al₂O₃  .  4SiO₂ .  2H₂O. Se forma em temperaturas entre 177ºC a 427ºC

• Natrolita – Na₂O  .  Al₂O_{3   .}  3SiO₂  .  H₂O. Se forma em temperaturas abaixo de 177ºC

• Nefelina – Na₂O  .  Al₂O₃  .  2SiO₂   .  H₂O Se forma em temperaturas acima de 427 ºC

• Acrinita – Se forma em temperaturas acima de 427ºC

5- Orgânicos – Podem ser provenientes do condicionador de lama utilizado ou via contaminação do condensado. Os orgânicos presentes na água de caldeiras terá ação ligante de inorgânicos por adsorção, iniciando a formação de depósitos.

Nota – Além dos depósitos citados acima, pode ocorrer também, formação de sulfato de sódio, cloreto de sódio ou carbonato de sódio pela evaporação da água até a secura.

Depósitos mais Comuns e Causas:

Este é um conceito básico que espero esclarecer esse tema, mas participe de nosso fórum e traga suas perguntas e dúvidas.

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